火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)的損傷評估與修復(fù)加固技術(shù)

周軍

摘要：本文提出了火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鑒定與加固處理的研究現(xiàn)狀，給出了混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后損傷等級。在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，簡要分析了幾種火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的損傷評估與修復(fù)加固方法，為工程結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)后的理論研究和工程實際應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：火災(zāi);損傷程度;損傷評估;修復(fù)加固

引言

火災(zāi)是包括流動、傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)及其相互作用的復(fù)雜燃燒過程，是自然界中發(fā)生頻率最高、損失最嚴重的災(zāi)害之一[ 1]?；馂?zāi)損失統(tǒng)計表明，發(fā)生次數(shù)最多、損失最嚴重者當(dāng)屬建筑火災(zāi)[2]。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗火性能優(yōu)于砌體結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式。但經(jīng)過火災(zāi)（高溫）作用后，混凝土和鋼筋的材料性能會發(fā)生嚴重的劣化，構(gòu)件及結(jié)構(gòu)內(nèi)部也將發(fā)生顯著地內(nèi)力重分布，結(jié)構(gòu)變形會顯著增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的性能大大削弱，結(jié)構(gòu)的安全性降低，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生整體倒塌和破壞，對人類的生命財產(chǎn)造成極大的威脅。因此，對火災(zāi)（高溫）后結(jié)構(gòu)的損傷程度做出科學(xué)、準確、及時的評價，并跟據(jù)評價制定有效的修復(fù)、加固方案，使火災(zāi)后經(jīng)修復(fù)結(jié)構(gòu)的安全性達到相應(yīng)的要求，最大限度地發(fā)揮原有結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟效益，具有極大的現(xiàn)實意義。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

面對日益嚴峻的火災(zāi)形勢的挑戰(zhàn)，全世界都在廣泛的研究火災(zāi)問題。研究主要集中在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料在高溫下和高溫后的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計、火災(zāi)后建筑物的損傷評估、修復(fù)等方面。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國內(nèi)外研究取得了巨大的成就。

火災(zāi)問題的研究，國外研究起步的較早。國外關(guān)于火災(zāi)后結(jié)構(gòu)損傷鑒定及加固方法的研究開始于20世紀50年代。80年代以后，國際火災(zāi)安全科學(xué)國際會議、SiF會議等相繼召開，主要用于交流火災(zāi)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的新成果、新技術(shù)。

至于我國，第一部涉及高溫的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程[3]是由原冶金部建筑研究院編制的。冶金部建筑研究院開始先對60℃～200℃高溫作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能變化進行研究，20世紀80年代中期才開始進行較為系統(tǒng)的研究。我國對火災(zāi)后建筑物的損傷鑒定與加固進行廣泛的研究開始于八十年代后期。九十年代末期，通過清華大學(xué)、同濟大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、四川消防研究所、中國建筑科學(xué)研究院建筑防火研究部、江蘇省建筑科學(xué)研究院、上海市建筑科學(xué)研究院等單位對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷診斷和修復(fù)方法等進行的一些試驗研究工作，才取得了不少非常重要的研究成果。如江蘇省建筑科學(xué)研究院等于1989年撰寫的《建筑物火災(zāi)后診斷和處理》專著;上海市建筑科學(xué)研究院在1996年總結(jié)國內(nèi)外有關(guān)研究成果后，編制了上海市地方標準《火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評定標準》（DBJ08—219—96）。吳波教授于2003年撰寫了《火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能》專著。工程建設(shè)標準化協(xié)會組織有關(guān)專家亦制定了我國的第一部《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標準》。

2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的火災(zāi)損傷程度

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)歷火災(zāi)后，文獻[4]根據(jù)結(jié)構(gòu)的受火溫度、保護層脫落程度、鋼筋混凝土顏色、變形大小、裂縫的分布及開展等情況，給出了判斷鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷的標準。依據(jù)此標準將火災(zāi)損傷程度分為四個等級，即：嚴重破壞（危險），嚴重損傷，中度損傷，輕度損傷，并給出相應(yīng)的損傷構(gòu)件的描述，如表1所示。

3 火災(zāi)損傷評估方法及成果

為了更好地對受火混凝土結(jié)構(gòu)進行評估以及指導(dǎo)工程實踐，必須結(jié)合建筑檢測方法研究已經(jīng)形成的比較成熟的標準和一些新的火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)檢測方法。這給火災(zāi)后結(jié)構(gòu)加固修復(fù)技術(shù)提供了重要的依據(jù)。

外觀檢測法的特點是迅速、直接。主要根據(jù)混凝土構(gòu)件表面顏色、表面疏松、龜裂、裂縫、撓度、爆裂、露筋、剝落疏松程度等情況隨溫度的升高所產(chǎn)生的變化以及現(xiàn)場常見材料的變態(tài)溫度，據(jù)此可以確定過火穩(wěn)定范圍。

混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測中公認的較精確的方法：取芯法，它是校核其它檢測方法的基準。

4 火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固方法

目前，關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)加固修復(fù)的研究很活躍，尤其以碳纖維材料技術(shù)為代表的新型加固修復(fù)技術(shù)發(fā)展迅速，但總體上技術(shù)水平不高。常用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固方法主要有兩大類：1、直接加固法：加大截面加固法、置換混凝土加固法、粘結(jié)外包型鋼加固法、外部粘結(jié)鋼板加固、粘貼纖維增強塑料加固法、2、間接加固法：預(yù)應(yīng)力加固法、增加支撐加固法。各種方法如表2所示。

5 結(jié)論

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)歷火災(zāi)后，根據(jù)結(jié)構(gòu)的受火溫度、保護層脫落程度、鋼筋混凝土顏色、變形大小、裂縫的分布及開展等情況，給出了判斷鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷的標準。依據(jù)此標準將火災(zāi)損傷程度分為四個等級。

參考文獻：

[1]?范維澄，王清安，姜馮輝，等. 火災(zāi)學(xué)簡明教程[M ]. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1995.

[2]?路春森，屈立軍，薛武平，等. 建筑結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計[M ]. 北京：中國建材工業(yè)出版社，1995.

[3]?冶金工業(yè)廠房鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗熱設(shè)計規(guī)程，1978.

[4]?李延和，閌明保.火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)受損程度的診斷方法[J].南京建工學(xué)院學(xué)報.1995，3：7—14.

（作者單位：中國電子系統(tǒng)工程第二建設(shè)有限公司）